1、8051单片机的总线扩展 1 系统扩展概述 最小应用系统 单片机系统的扩展是以基本的最小系统为 基础的, 故应首先熟悉最小应用系统的结构。 实际上，内部带有程序存储器的8051或 8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系 统，许多实际应用系统就是用这种成本低和体 积小的单片结构实现了高性能的控制。 对于内部无程序存储器的芯片8031来说, 则 要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小 应用系统。 2 1. 片内带程序存储器的最 小应用系统 片内带程序存储器 的8051、 8751本身即可构 成一片最小系统，只要将 单片机接上时钟电路和复 位电路即可, 同时 接高 电平, ALE、 信号不
2、用， 系统就可以工作。 (1) 系统有大量的I/O线可供用户使用: P0、 P1、 P2 、 P3四个口都可以作为I/O口使用。 (2) 内部存储器的容量有限, 只有128 B的RAM和4 KB的程序存储器。 3 2. 片内无程序存储器 的最小应用系统 片内无程序存储器的芯片 构成最小应用系统时, 必须 在片外扩展程序存储器。 由 于一般用作程序存储器的 EPROM芯片不能锁存地址, 故 扩展时还应加1个锁存器, 构成一个3片最小系统。该图 中74LS373为地址锁存器, 用 于锁存低8位地址。 4 单片机的三总线结构 当单片机最小系统不能满足系统功能的要求 时, 就需要进行扩展。 为了使单片
3、机能方便地与各种扩展芯片连接, 常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机3总 线结构形式。 对于MCS-51系列单片机, 其3总线 由下列通道口的引线组成: 地址总线: 由P2口提供高8位地址线, 此口具 有输出锁存的功能, 能保留地址信息。 由P0口提 供低8位地址线。 数据总线: 由P0口提供。 此口是双向、 输入 三态控制的8位通道口。 5 MCS-51系统扩展的实现 外部总线的扩展 程序存储器的扩展 数据存储器的扩展 存储器的扩展 6 通常，微机的CPU外部都有单独的并行地 址总线、数据总线、控制总线。 MCS-51单片机由于引脚的限制，数据总 线和地址总线是复用的。 地址需要锁存：为
4、了能把复用的数据总线 和地址总线分离出来以便同外部的芯片正确 的连接，需要在单片机的外部增加地址锁存 器，从而构成与一般CPU相类似的三总线结 构。 MCS-51系统外部总线的扩展 7 MCS-51系统外部总线的扩展 一、以P0口作低8位地址及8位数据的复用总线 复用，即一段时间内作两种或两种以上用途。 在这里指P0口在每个CPU周期的前半个周期输出低8 位地址，由地址锁存器锁存，然后由地址锁存器代替P0口 输出低8位地址。后半个周期进行8位数据的输入输出。 二、以P2口作为高8位的地址总线 P0口的低8位地址加上P2的高8位地址就可以形成16位的 地址总线，达到64KB的寻址能力。 实际应用
5、中，往往不需要扩展那么多地址，扩展多少用 多少口线，剩余的口线仍可作一般I/O口来使用。 8 8051扩展的三总线 P2 ALE 8051 P0 PSEN WR RD 地址 锁存器 地址总线 数据总线 控制总线 A8A15 A0A7 D0D7 三、控制信号线 ALE：地址锁存信号，用以实现对低8位地址的锁存。 PSEN：片外程序存储器读选通信号。 EA：程序存储器选择信号。为低电平时，访问外部程序存储 器；为高电平时，访问内部程序存储器。 RD：片外数据 存储器读选通信 号。 WR：片外数据 存储器写选通信 号。 9 地址总线扩展电路 地址锁存器74HC573与单片机P0口连接，扩展地址总线。
6、 ALE P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 LE OE 8D 8Q 7D 7Q 6D 6Q 5D 5Q 4D 4Q 3D 3Q 2D 2Q 1D 1Q A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 8051 74HC573 OE：输出允许端，为0 时芯片有效。 LE：锁存控制端，高电 平时，锁存器的数据输出端 Q的状态，与数据输入端D 相同，即锁存器是透明的； 当LE端从高电平返回到低电 平时（下降沿后），输入端 的数据就被锁存在锁存器中 ，数据输入端D的变化不再 影响Q端。 74HC573是有输出三态门的电平允许8位锁存器。 10 MCS-51
7、系列单片机片外数据存储器的空间可 达64KB，而片内数据存储器的空间只有128B或 256B。如果片内的数据存储器不够用时，则需进 行数据存储器的扩展。 MCS-51存储器的扩展 MCS-51系列单片机片内外程序存储器的空 间可达64KB，而片内程序存储器的空间只有 4KB。如果片内的程序存储器不够用时，则需 进行程序存储器的扩展。 11 存储器扩展的核心问题是存储器的 编址问题。所谓编址就是给存储单元分配地 址。 由于存储器通常由多个芯片组成，为 此存储器的编址分为两个层次： 即存储器芯片的选择和存储器芯片内 部存储单元的选择。 MCS-51存储器的扩展 12 一、地址线的译码 存储器芯片的
8、选择有两种方法：线选法和译码法。 1、线选法。所谓线选法，就是直接以系统的地址线作 为存储器芯片的片选信号，为此只需把用到的地址线与存 储器芯片的片选端直接相连即可。 2、译码法。所谓译码法，就是使用地址译码器对系统 的片外地址进行译码，以其译码输出作为存储器芯片的片 选信号。译码法又分为完全译码和部分译码两种。 （1）完全译码。地址译码器使用了全部地址线，地址与存储 单元一一对应，也就是1个存储单元只占用1个唯一的地址。 （2）部分译码。地址译码器仅使用了部分地址线，地址与存 储单元不是一一对应，而是1个存储单元占用了几个地址。 13 二、扩展存储器所需芯片数目的确定 若所选存储器芯片字长与
9、单片机字长 一致，则只需扩展容量。所需芯片数目按下式 确定： 芯片数目= 系统扩展容量 存储器芯片容量 若所选存储器芯片字长与单片机字长不 一致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。所 需芯片数目按下式确定： 芯片数目= 系统字长 存储器芯片字长 系统扩展容量 存储器芯片容量 14 扩展程序存储器常用EPROM芯片： 2716(2K8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、 27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。 扩展数据存储器常用静态RAM 芯片： 6264（8K8位）、62256（32K8位）、 628128（128K8位）等。 15 MCS-51存储器的扩展 8031与外部程序存储器的连接 16 数 据 存 储 器 扩 展 MCS-51存储器的扩展 17 6264扩展24KB数据存储器 P2.0P2.4 P0 ALE P2.5 P2.6 P2.7 WE RD 74HC573 D Q LE 74LS138 A Y0 B Y1 C Y2 A0A12 6264 CE WE OE A0A12 6264 CE WE OE A8A12 D0D7 A0A7 解：根据公式可得 芯片数目= =3片 24KB 8KB A0A12 6264 CE WE OE 18
